Мудра природа. Но, глядишь, и с нею

Случается припадочная блажь.

Лядов А. Среда обитания

- Даже летом, отправляясь в вояж, бери с собой что-либо теплое, ибо можешь ли ты знать, что случится в атмосфере? - наставляет трезвомыслящий Козьма Прутков.

В погоде людей всегда больше интересуют отклонения от нормы, чем сама норма. Это и понятно: к суточным и сезонным изменениям погоды, к типичным ветрам давно приноровились и люди, и природа. Эти нормальные условия для окрестностей Москвы, например, таковы, что к северу от нее тянутся еловые леса, а к югу - березовые, и факт этот не вызывает большого общественного интереса. Но всех волнует, почему в 1972 году эти елки и березы гибли от засухи и пожаров, а в 1976 году лес стал похожим на болото?

У отдельного человека этот интерес может быть лишь проявлением любознательности: развитая цивилизация защищает его от бедствий из-за капризов погоды. Иной интерес к погодным аномалиям у государства. В идеале любой план экономического развития непременно должен учитывать погодные факторы. Влияние погоды сказывается на потреблении энергии, на сроках сельскохозяйственных работ, от нее зависит бесперебойность и безаварийность работы транспорта. Например, подсчитано, что ежегодные потери из-за плохой погоды в строительной индустрии США составляют 3 миллиарда долларов. Если заранее знать о надвигающейся погодной аномалии, можно сильно сократить разные непроизводительные затраты.

Коль скоро погодный стандарт определяется постоянным излучением Солнца, умеренные отклонения от стандарта (тоже привычные) - неодинаковым нагреванием неоднородности поверхности Земли, то кажется естественным предположить, что резкие отклонения от стандарта связаны с изменениями состояния Солнца - солнечной активностью. Заметим, однако, что и на самой Земле идут процессы, которые в принципе могут стать причиной появления резких погодных аномалий. Это изменения количества снега и льда (особенно на континентах), температурные колебания поверхностных слоев воды в океане и тому подобные явления. Все они медленны по сравнению с переменами в неспокойной атмосфере. Они могут накапливать и затем отдавать энергию по своим законам, неожиданно для тех, кто наблюдает лишь атмосферу.

Влияние этих важнейших факторов только начинают учитывать.

Наука же о солнечно-атмосферных связях переживает сейчас тот этап своего становления, когда наблюдениями доказано их реальное существование, идет накопление фактов, но не создана еще теория, объясняющая их. Неизвестны конкретные механизмы солнечно-атмосферных связей. В самом деле, как представить себе эту "гомеопатию": малые причины - большие следствия?..

Энергия, которую вносят в атмосферу космические процессы, ничтожна по сравнению с энергией обычных атмосферных движений - тех, что изучаются традиционной метеорологией. Однако не всякое следствие определяется прямым приложением, так сказать, грубой силы. Пример тому - управление, по существу подача очень слабого, но правильно нацеленного сигнала. Слабого по сравнению с мощными внутренними силами, которые обеспечивают выполнение "команды".

Механизм управления в принципе может быть очень прост. Представим себе бумажную полоску. Если натянуть ее как следует, она лопнет. Но если предварительно надрезать или надорвать бумажку, она лопнет именно в этом, заранее заданном месте: известно, где тонко, там и рвется.

Интересная аналогия есть в науке о землетрясениях. В Институте физики Земли им. О. Ю. Шмидта разработана физическая модель землетрясения. Исследователи в лаборатории наблюдали за разрушением модельных образцов и изучали явления, ему сопутствующие. Особое внимание уделяли они росту микротрещин, их накоплению и взаимодействию. Когда ученые сопоставили лабораторные наблюдения с тем, что бывают при землетрясениях, оказалось, что картины весьма схожи. Землетрясение - катастрофа, ее создают колоссальные подземные силы. Но места разрыва земной поверхности этими силами определяют микротрещины, а значит, те слабые процессы, которые, действуя достаточно долго, создают эти микро-трещины.

Они-то и задают направление удара. А возможно, не длительность играет роль, а то, что процессы эти действуют на большой территории. Вот что говорит об этом директор Института физики Земли академик М. А. Садовский: "Еще недавно мы более чем скептически относились, например, к идеям о возможности влияния на земные процессы космических факторов, солнечной энергии. Мы полагали: ничтожные добавки, вносимые космосом в огромные энергии, которые накапливаются в очаге землетрясения, не могут никак повлиять на развитие сейсмической катастрофы...

Резкий порыв солнечного ветра - потока заряженных частиц от Солнца - возбуждает в ионосфере магнитогидродинамические волны, которые, в свою очередь, переходят в атмосферные волны малой амплитуды, устремляющиеся к поверхности Земли. Влияние этих волн, действующих на огромной площади, на неустойчивое равновесие сейсмического очага в тот момент, когда землетрясение вот-вот произойдет, едва ли возможно сейчас отрицать категорически".

Одна интересная идея, касающаяся механизма солнечно-атмосферных воздействий, связана с изменениями атмосферного электричества. Скопление электрического заряда в воздухе может, как известно, привести к грозе Приведет или нет - это зависит от условий растекания нарядов, то есть от проводимости окружающей среды и картины электрических полей в ней. На эту электрическую обстановку могут влиять космические процессы. Быстрые космические частицы - настолько быстрые, что, пробивая воздушную толщу, достигают нижней стратосферы, - приводят к появлению в ней свободных заряженных частиц, а это увеличивает проводимость воздуха. Что же касается картины электрических полей, то она сильно зависит от поведения ионосферы - ближайшей к нам области космоса, важного узла космического телевизора.

Замечательно, что сами полярные сияния чувствуют на себе влияние электрической обстановки вблизи поверхности Земли. Как писал еще Ломоносов, "из примечаний по Сибири" (то есть из того, что люди примечали в Сибири) известно: "В местах, ближе к морю лежащих, чаще бывают северные сияния, а на самых берегах видно оные во всякую ночь беспрестанно". Во всякую - это преувеличение, но линия побережья действительно привлекает полярные сияния. Береговой эффект был отмечен русским полярным исследователем Ф. П. Врангелем в 20-х годах XIX века как повышенная частота появления полярных сияний вблизи берега. Впоследствии было установлено, что сияния над морем обладают большой подвижностью, высота их вблизи берега минимальна и возрастает в обе стороны от него.

Полярные сияния - дети космоса, изображения на экране космического телевизора. Что им до линии морского побережья на Земле? Разве для артиста (точнее даже - для его электронной тени), лицедействующего на экране домашнего телевизора, не все равно, как расставлена мебель в комнате, где мы сидим и смотрим передачу? Однако полярные сияния "чувствуют" морской берег, и специалисты объяснют это различием электрического сопротивления воды и суши.

Наблюдения подтверждают наличие связи между "электрической обстановкой" на Земле и космосом. Изучение этой связи ведут на научно-исследовательской станции в ФРГ, расположенной в горах на высоте 3000 метров. Там регистрируют напряженность электрического поля и плотность электрического тока, уходящего вверх. Но наблюдения эти требуют тщательности - не должны вмешиваться местные грозообразующие процессы. Поэтому выбирают совершенно ясную погоду, поэтому нужна большая высота - станция должна быть выше слоя, где воздух сильно перемешивается, вовлекает снег или пыль в вихревые движения и при этом электризуется. Но сети станций, ведущих такие наблюдения, и тем более сети планетарной, пока нет. А ведь в окрестностях Земли все явления разыгрываются согласованно!

Даже за грозами - самыми яркими проявлениями атмосферного электричества - следят еще в очень ограниченных масштабах. И здесь большие надежды возлагаются на наблюдения со спутников. Грозы хорошо видны из космоса. Вот что пишет космонавт Г. М. Гречко: "Электрические разряды в атмосфере создают яркие области на облачном покрове и в случае интенсивных грозовых процессов в атмосфере могут наблюдаться на разных участках подстилающей поверхности почти без пауз. Сами молнии видны относительно редко, так как разряд происходит под облаками. Интенсивность вспышек настолько велика, что уверенно наблюдаются отблески на элементах конструкции станции. Грозовые явления могут наблюдаться одновременно на территории порядка 107 км2, что позволяет искать их общие закономерности. Безусловный интерес представляет оценка интенсивности грозовых процессов по частоте вспышек в различных географических районах при различных метеорологических условиях..."

И другой смысл приобретает одна давняя история. Мы знаем: Ломоносов понял, что по своей физической сути свечение неба при полярных сияниях и газовый разряд есть одно и то же явление. Понял, что полярные сияния горят выше атмосферы. Но в вопросе о происхождении полярных сияний великий ученый заблуждался и считал, что "электрическая сила, рождающая северное сияние", возникает в атмосфере из-за трения воздушных потоков друг о друга.

Однако и во времена Ломоносова уже были указания на космическое происхождение полярных сияний, и ученый знал об этом. В набросках его предсмертной монографии по сияниям есть пункт: "Меран о солнечной атмосфере". Французский ученый Ж. Ж. де Меран объяснял сияния действием солнечной атмосферы на земную (очень близко к идее солнечного ветра, не правда ли?). И объяснение это было не на пустом месте. Мы уже говорили, что де Меран обнаружил замечательный факт: среднее число мощных сияний меняется так же, как среднее число солнечных пятен. Космос отчетливо заявлял о себе!

Почему же все-таки Михаил Васильевич держался другой, ошибочной точки зрения? Мне кажется, дело здесь вот в чем.

Независимость его суждений известна. Она видна и в делах научных. Он ценил факт, мог, так сказать, непосредственно реагировать на него, прекрасно отличал факты от суждения о них. В его времена электрические явления объясняли свойствами особой жидкости-эфира. Провозглашая сходство сияний и лабораторного электрического разряда в газе, Ломоносов отмечал: "Все рассуждения, которые ясного и подробного познания об эфире требуют, без погрешения здесь мимо пройти можно". Ушли в прошлое и теперь представляют лишь исторический интерес все рассуждения об эфире, остался вывод Ломоносова об одинаковой физической природе свечения неба и газового разряда.

Михаил Васильевич был очень наблюдателен. Это особенно чувствуется, когда смотришь его труды теперь, располагая общей картиной полярных сияний. Мы сейчас знаем о существовании аврорального овала, знаем его обычное расположение - так сказать, на глобусе, знаем, какие формы сияний типичны для разных частей овала. Что из всего этого мог видеть Ломоносов, "жив до возраста в таких местах, где северные сияния часто случаются", - в Холмогорах? Как мы уже говорили, овал в своем обычном состоянии неоднороден: в его вечерней части горят ровным светом правильные дуги, в утренней - отдельные размытые пятна, в ночной - сияния вспыхивают, переливаются, имеют беспорядочный вид. Из-за суточного вращения Земли овал так движется над земной поверхностью, что подходит к Холмогорам лишь своей ночной частью, причем с севера. А вот что пишет Ломоносов о своих детских и отроческих наблюдениях: "Сколько могу себе представить, заподлинно уверяю, что в оном климате около 64 градусов северные сияния бывают непорядочные (неправильной, изменчивой формы.- Л. А.) и не могу вспомнить, чтобы когда я видел хотя мало регуларную (правильную.- Л. А.) дугу на севере или на полудне, но по большей части бывают всполохи наподобие зарницы или столбов и лучей весьма переменных; второе, хотя всполохи бывают по всему небу, однако больше на севере". Все точно.

Но что это такое в его следующей фразе: "Сияния чаще случалось видеть в ветреную погоду сквозь прерывистые облака"? Я уже писала о работах члена-корреспондента АН СССР Э. Р. Мустеля и его сотрудников: в те периоды, когда идут магнитные бури, то есть когда сияния становятся частыми и сильными, давление воздуха на поверхности Земли более изменчиво, чем обычно. А значит, должны дуть порывистые ветры... Эта фраза

Ломоносова - как иллюстрация к работе исследователей, наших современников.

И все это при словах: "Не без сожаления вспоминаю, что не мог пользоваться внимательным наблюдением разных перемен и обстоятельств, бывающих при таких явлениях". Как видно из его следующих замечаний, у его земляков такие наблюдения за явлением "повседневным", как выражается Михаил Васильевич, для крестьянского мальчика считались непозволительной тратой времени.

Очень точно фиксировал Ломоносов виденное, и не ускользали от его внимания важные детали. А раз так, задумаемся над такой фразой его научной работы о полярных сияниях, которые он изучал уже будучи взрослым - в Петербурге: "Из моих наблюдений... оказалось, что в начале осени и в конце лета, тяжкого многократными грозовыми тучами, чаще северные сияния являются, нежели по иных летах". В выводах современных исследователей проступает связь электрического поля в нижней атмосфере с состоянием космоса, а полярные сияния непосредственно отражают это состояние. Не навела ли эта подмеченная связь - как мы теперь понимаем, связь между космосом и атмосферой - его на мысль о земной причине полярных сияний? И вполне возможно, что вместе с ошибкой он сделал "преждевременное" открытие.

Космос - Земле. Земля - космосу. Всякий раз, когда обсуждаются эти проблемы, возникает ощущение, что недостаточно знаем мы свою Планету Людей. Эта неполнота знаний, возможно, и мешает выявить механизм солнечно-атмосферных связей. Выявить механизм - значит проследить в деталях всю цепь событий, которые приводят к интересному для нас следствию. Какие именно события следует принимать во внимание, подсказывает эксперимент. Но порой он указывает на явление, которое само еще не расшифровано наукой, и поскольку неясно, как работает данное звено, невозможно представить себе механизм в целом. Некоторые из этих явлений интересны сами по себе, безотносительно к проблеме солнечно-атмосферных связей. Здесь мы расскажем о двух таких, возможно, ключевых явлениях: о земном циклоне и о неизвестном еще космическом факторе, приводящем к опережению солнечных явлений метеорологическими.